(57)【要約】【課題】本発明は、液体吐出ヘッド、液体吐出装置及び液体吐出ヘッドの駆動方法に関し、例えばラインプリンタに適用して、インク流路の延長する方向の周期的な濃淡を防止することができるようにする。【解決手段】本発明は、インク流路の一端から他端に向かって、駆動素子１１、１２の駆動量が周期的に変化するように設定する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれ駆動素子の駆動により液滴が飛び出すようになされたノズルがインク流路に沿って順次設けられてなる液体吐出ヘッドにおいて、
前記インク流路の一端から他端に向かって、前記駆動素子の駆動量が周期的に変化するように設定されたことを特徴とする液体吐出ヘッド。
【請求項２】
前記駆動量の変化に対応するように、前記ノズルの直径が設定されたことを特徴とする請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項３】
前記駆動素子を複数個設けてなるヘッドチップを前記インク流路に沿って配置して形成され、
前記ヘッドチップに設けられた駆動回路により前記駆動素子を駆動し、
前記駆動回路の設定により、前記駆動量が周期的に変化する設定が、前記ヘッドチップを単位にして設定されたことを特徴とする請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項４】
前記駆動量が周期的に変化する１周期の長さの略整数倍の長さが、前記インク流路の長さであることを特徴とする請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
【請求項５】
液体吐出ヘッドより液滴を飛び出させる液体吐出装置において、
前記液体吐出ヘッドは、
それぞれ駆動素子の駆動により前記液滴が飛び出すようになされたノズルがインク流路に沿って順次設けられ、
前記インク流路の一端から他端に向かって、前記駆動素子の駆動量が周期的に変化するように設定されたことを特徴とする液体吐出装置。
【請求項６】
それぞれ駆動素子の駆動により液滴が飛び出すようになされたノズルがインク流路に沿って順次設けられてなる液体吐出ヘッドの駆動方法において、
前記インク流路の一端から他端に向かって、前記駆動素子の駆動量が周期的に変化するように、前記駆動素子を駆動することを特徴とする液体吐出ヘッドの駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液体吐出ヘッド、液体吐出装置及び液体吐出ヘッドの駆動方法に関し、例えばラインプリンタに適用することができる。本発明は、インク流路の一端から他端に向かって、駆動素子の駆動量が周期的に変化するように設定することにより、インク流路の延長する方向の周期的な濃淡を防止することができるようにする。
【０００２】
【従来の技術】
近年、画像処理等の分野において、ハードコピーのカラー化に対するニーズが高まってきている。このニーズに対して、従来、昇華型熱転写方式、溶融熱転写方式、インクジェット方式、電子写真方式及び熱現像銀塩方式等のカラーコピー方式が提案されている。
【０００３】
これらの方式のうちインクジェット方式は、液体吐出ヘッドであるプリンタヘッドに設けられたノズルから記録液（インク）の液滴を飛翔させ、記録対象に付着してドットを形成するものであり、簡易な構成により高画質の画像を出力することができる。このインクジェット方式は、インクを保持したインク液室の圧力を駆動素子の駆動により可変し、これによりノズルからインク液滴を飛び出させるようになされており、この駆動素子の種類により静電引力方式、連続振動発生方式（ピエゾ方式）及びサーマル方式に分類される。
【０００４】
これらの方式のうちサーマル方式は、駆動素子に発熱素子が適用され、この発熱素子によるインクの局所的な加熱により気泡を発生し、この気泡による圧力によりインクをノズルから押し出して印刷対象に飛翔させる方式であり、簡易な構成によりカラー画像を印刷することができる。
【０００５】
このようなサーマル方式によるプリンタにおいては、例えば実開平６−６７０３２号公報に開示のように、発熱素子による発熱量を制御することにより、ノズルから飛び出すインク液滴の液量を制御する方法が提案されるようになされている。
【０００６】
【特許文献１】
実開平６−６７０３２号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところでこのようなサーマル方式によりラインプリンタを構成した場合、各インク液室を同一に構成したにもかかわらず、インク流路の延長する方向に周期的に濃淡が発生することが判った。
【０００８】
すなわち図５（Ａ）は、単一色を同一濃度により用紙の全面に印刷し、印刷結果の濃度を測定した測定結果である。この印刷結果は、Ａ４サイズの用紙の幅によりノズルが並んで設けられたプリンタヘッド（記録ヘッド）を固定して保持し、このノズルの並び方向と直交する方向に用紙を搬送した印刷結果である。このプリンタヘッドにおいては、このノズルの並び方向にインク流路が形成され、このノズルの並び方向の中央に設けられたインク供給口を介してインクタンクのインクがこのインク流路に導かれるようになされている。またこのインク流路を間に挟んで、交互に同一構成のヘッドチップが配置され、このヘッドチップに、それぞれインク流路からのインクを保持するインク液室、このインク液室のインクを加熱する発熱素子、この発熱素子を駆動する駆動回路、インク液室からのインクを用紙に向けて吐出させるノズル等が所定個数設けられるようになされている。
【０００９】
ここで図５（Ａ）の判定結果は、濃度の濃い側で値が小さくなる２５６階調により濃度を表現したものである。この測定結果においては、インク流路の一端から他端に向かった周期的な濃度の変化が正弦波状の変化であり、この変化の１周期による長さの２倍の長さがほぼインク流路の長さであるようになっている。具体的に、この濃度の変化においては、ノズルが並んでなる全長Ｌに対して、この全長Ｌの両端（一端から距離０、Ｌの箇所である）、全長Ｌの中央（一端から距離Ｌ／２の箇所である）で濃度が濃くなり、これら濃度が濃くなった箇所間の中間の箇所（一端から距離Ｌ／４、３Ｌ／４の箇所である）で濃度が薄くなっていることが判る。
【００１０】
しかしてこの濃淡の分布原因を詳細に検討したところ、この周期的な濃度の変化に係る１周期の長さの２倍の長さがほぼインク流路の長さであることにより、インク流路に定在波が発生し、この濃淡の分布に対応する圧力分布がインク流路内に発生しているものと思慮するに至った。
【００１１】
すなわちこの種のプリンタにおいては、発熱素子の駆動によりインク液室に気泡が発生し、その結果増大するインク液室の圧力によりノズルからインク液滴を飛び出させる。プリンタにおいては、このようにしてノズルからインク液滴が飛び出すと、インク液室の気泡が消滅し、これにより気泡の発生、消滅の繰り返しによる機械的な衝撃（キャビテーションである）がインク液室で発生する。
【００１２】
このような機械的な衝撃にあっては、圧力波としてインク流路を伝搬し、インク流路の端面で反射する。またこのような機械的な衝撃に係る圧力波においては、多くの周波数成分を含むことになる。これにより図５（Ｂ）及び（Ｃ）に示すように、インク流路の長さＬに対応する特定波長の圧力波について、疎密波が合成されて定在波が発生し、この定在波により図５（Ｄ）に示すようにインク流路で特定の圧力分布が発生するものと考えられる。またその結果として局所的にインク流路からインク液室にインクが流れ込み難くなり、濃淡の分布が発生するものと考えられる。
【００１３】
本発明は以上の点を考慮してなされたもので、インク流路の延長する方向の周期的な濃淡を防止することができる液体吐出装置及び液体吐出ヘッドの駆動方法を提案しようとするものである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
かかる課題を解決するため請求項１の発明においては、それぞれ駆動素子の駆動により液滴が飛び出すようになされたノズルがインク流路に沿って順次設けられてなる液体吐出ヘッドに適用して、インク流路の一端から他端に向かって、駆動素子の駆動量が周期的に変化するように設定する。
【００１５】
また請求項５の発明においては、液体吐出ヘッドより液滴を飛び出させる液体吐出装置に適用して、液体吐出ヘッドは、それぞれ駆動素子の駆動により液滴が飛び出すようになされたノズルがインク流路に沿って順次設けられ、インク流路の一端から他端に向かって、駆動素子の駆動量が周期的に変化するように設定されてなるようにする。
【００１６】
また請求項６の発明においては、それぞれ駆動素子の駆動により液滴が飛び出すようになされたノズルがインク流路に沿って順次設けられてなる液体吐出ヘッドの駆動方法において、インク流路の一端から他端に向かって、駆動素子の駆動量が周期的に変化するように、駆動素子を駆動する。
【００１７】
請求項１の構成により、それぞれ駆動素子の駆動により液滴が飛び出すようになされたノズルがインク流路に沿って順次設けられてなる液体吐出ヘッドに適用して、インク流路の一端から他端に向かって、駆動素子の駆動量が周期的に変化するように設定すれば、インク流路の延長する方向の周期的な濃淡を打ち消すようにノズルから飛び出す液滴の液量を設定することができ、これによりインク流路の延長する方向の周期的な濃淡を防止することができる。
【００１８】
これにより請求項５、請求項６の構成によれば、インク流路の延長する方向の周期的な濃淡を防止することができる液体吐出装置、液体吐出ヘッドの駆動方法を提供することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、適宜図面を参照しながら本発明の実施の形態を詳述する。
【００２０】
（１）実施の形態の構成
図２は、本発明の実施の形態に係るプリンタに適用されるプリンタヘッドを示す平面図を正面図である。このプリンタは、ラインプリンタであり、所定の用紙搬送方向に印刷対象である用紙を搬送しながら、このプリンタヘッド１よりインク液滴を飛び出させて用紙に印刷する。このためプリンタヘッド１は、この搬送方向と直交する方向に、Ａ４サイズの用紙幅によりインク流路２が形成され、このインク流路２に沿ってノズルが設けられる。
【００２１】
すなわちプリンタヘッド１は、全体が断面矩形形状による棒形状により形成され、その長手方向に延長するようにインク流路２が設けられる。またプリンタヘッド１は、背面にインクタンク３が配置され、このインクタンク３に保持されたインクをインク流路２に導くインク供給口４が、インク流路２の延長する方向のほぼ中央部分に設けられるようになされている。またプリンタヘッド１は、このインク流路２を間に挟んで、千鳥にヘッドチップ５Ａ〜５Ｄが設けられるようになされている。
【００２２】
ここでヘッドチップ５Ａ〜５Ｄは、半導体ウエハに複数チップ分の発熱素子、各発熱素子を駆動する駆動回路、各発熱素子に対応するインク液室の隔壁等を作成した後、各チップにスクライビングされて形成される。プリンタヘッド１は、Ａ−Ａ線により断面を取って図３に示すように、また符号Ｂによりこの図３を部分的に拡大して示すように、ノズル７を作成してなるノズルプレート６が所定の保持部材により保持され、このノズルプレート６の対応する部位に順次ヘッドチップ５Ａ〜５Ｃが配置され、インク流路２、インク供給口４等を形成して作成されるようになされている。
【００２３】
この実施の形態において、プリンタヘッド１は、このノズルプレート６に作成されたノズル７の大きさが、図５について上述した濃淡の分布に対応して４段階に設定されるようになされている。すなわち図２に示すように、ノズルが並んでなる全長Ｌに対して、印刷結果の濃度が最も濃くなる一端から距離０、Ｌ／２、Ｌにおいて、これらの距離０、Ｌ／２、Ｌの部位の所定範囲Ａについては、最も直径が小さなノズル７が形成される。また印刷結果の濃度が最も薄くなる一端から距離Ｌ／４、３Ｌ／４の所定範囲Ｄについては、最も直径が大きなノズル７が形成される。またこれらの範囲Ａ及びＤの間の領域については、２等分され、それぞれの領域Ｂ及びＣに、対応する直径のノズル７が設けられる。
【００２４】
これによりプリンタヘッド１では、インク流路２の延長する方向に、周期的に、この方向に係る周期的な濃淡に対応するように、ノズルの直径が設定され、これにより印刷結果が薄くなる箇所にあっては、その分、インクを吐出し易くするようになされている。
【００２５】
プリンタヘッド１では、このようなノズル径による領域の区切りが、ヘッドチップを単位にして設けられ、これによりインク流路２の一端から他端に向かって順次段階的にノズルの直径が変化するようになされている。
【００２６】
プリンタヘッド１では、さらにこのようなインク流路２の延長する方向の周期的な設定が発熱素子の駆動量にも適用される。すなわち図１は、このプリンタヘッド１の発熱素子の駆動に係る構成を示す接続図である。プリンタヘッド１においては、上述したノズル径に係る各領域Ａ〜Ｄに設けられるヘッドチップ５Ａ〜５Ｄについて、コントローラ１０により駆動量が設定される。ここでこのコントローラ１０は、このプリンタヘッド１の外部である、このプリンタヘッド１によるプリンタに設けられた制御手段である。
【００２７】
プリンタヘッド１において、ヘッドチップ５Ａ〜５Ｄは、このコントローラ１０による設定が異なる点を除いて、同一に構成される。すなわちヘッドチップ５Ａ〜５Ｄは、それぞれ各ヘッドチップ５Ａ〜５Ｄに割り当てられらノズル７に対応して、１対の発熱素子１１、１２が設けられる。ヘッドチップ５Ａ〜５Ｄは、この発熱素子１１、１２が直列に接続され、この発熱素子１１、１２による直列回路の一端がインク液滴の吐出を制御するスイッチ回路１３により接地される。
またこの直列回路の他端が駆動量切り換え回路１４を介してプリンタヘッド１の外部に設けられた電源１５に接続される。
【００２８】
ここで駆動量切り換え回路１４は、コントローラ１０から出力される制御信号Ｊ１、Ｊ２に応じて、発熱素子１１、１２の直列回路と電源１５との間に抵抗Ｒ１〜Ｒ３を介挿するように構成され、これによりコントローラ１０の設定により発熱素子１１、１２の駆動量を切り換えるようになされている。
【００２９】
具体的に、この実施の形態において、最もノズル径の小さなノズル７が設けられている領域Ａのヘッドチップ５Ａにおいては、抵抗値が１０〔Ω〕の抵抗Ｒ１を介して発熱素子１１、１２に電源１５が供給されるのに対し、続いてノズル径の小さなノズル７が設けられている領域Ｂのヘッドチップ５Ｂにおいては、抵抗値が５〔Ω〕の抵抗Ｒ２を介して発熱素子１１、１２に電源１５が供給される。
また続いてノズル径の小さなノズル７が設けられている領域Ｃのヘッドチップ５Ｃにおいては、抵抗値が２．５〔Ω〕の抵抗Ｒ３を介して発熱素子１１、１２に電源１５が供給され、最もノズル径の大きなノズル７が設けられている領域Ｄのヘッドチップ５Ｄにおいては、直接、発熱素子１１、１２に電源１５が供給される。
【００３０】
これによりこの実施の形態においては、インク流路２の一端から他端に向かって、駆動素子である発熱素子１１、１２の駆動量が周期的に変化するように設定されるようになされている。またこの周期的な設定がヘッドチップを単位にして設定され、この周期的な設定の１周期の長さの整数倍の長さが、ほぼインク流路２の長さとなるようになされている。
【００３１】
図４は、これらスイッチ回路１３、駆動量切り換え回路１４の具体的な構成を示す接続図である。ここでスイッチ回路１３は、図示しない描画コントローラから出力される制御信号によりオンオフ動作する電界効果型トランジスタ２１により構成される。また駆動量切り換え回路１４は、発熱素子１１、１２の直列回路を直接電源１５に接続する電界効果型トランジスタ２２と、それぞれ抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３を介して発熱素子１１、１２の直列回路を直接電源１５に接続する電界効果型トランジスタ２３、２４、２５と、制御信号Ｊ１、Ｊ２によりこれら電界効果型トランジスタ２１〜２４をオンオフ制御するアンド回路２６、２７、２８、オア回路２９、インバータ回路３０、３１による論理回路とにより構成される。
【００３２】
各ヘッドチップ５Ａ〜５Ｄにおいては、この駆動量切り換え回路１４において、アンド回路２６、２７、２８、オア回路２９、インバータ回路３０、３１による論理回路が、複数の発熱素子１１、１２で共用化されるようになされ、これにより全体構成を簡略化し得るようになされている。
【００３３】
（２）実施の形態の構成
以上の構成において、このプリンタにおいては（図２）、プリンタヘッド１の背面に設けられたインクタンク３からインク供給口４を介してプリンタヘッド１のインク流路２にインクが導かれ、またこのインク流路２のインクが各ヘッドチップ５Ａ〜５Ｄに設けられたインク液室に導かれる。プリンタにおいては、このように各インク液室にインクを導いた状態で、印刷対象である用紙をこのインク流路２の延長する方向と直交する方向に用紙送りしながら、各インク液室に設けられた発熱素子１１、１２（図１、図４）が駆動され、これにより各インク液室のノズルからインク液滴が飛び出して用紙に付着し、このような発熱素子１１、１２の駆動に対応したテキスト、画像等が用紙に印刷される。
【００３４】
プリンタにおいては、このような発熱素子１１、１２の駆動において、機械的な衝撃に係る圧力波が発生し、その結果、インク流路２に定在波が発生してインク流路の延長する方向に周期的に濃淡が発生すると考えられる。
【００３５】
プリンタにおいては、このためコントローラ１０から出力される制御信号Ｊ１、Ｊ２により、インク流路の一端から他端に向かって、ヘッドチップ５Ａ〜５Ｄにおける発熱素子１１、１２の駆動量が周期的に変化するように設定される。これによりプリンタにおいては、定在波による周期的な濃淡を打ち消すように、ノズル７から飛び出すインク液滴の液量が設定され、これによりインク流路の延長する方向の周期的な濃淡を防止することができるようになされている。
【００３６】
またこの駆動量の変化に対応するように、プリンタヘッド１では、同様に、インク流路の一端から他端に向かって、ノズルの直径が周期的に変化するように設定され、これにより駆動量の設定による液量の制御が確実なものとされる。またこのような駆動量の設定、ノズル径の設定がプリンタヘッド１を構成するヘッドチップを単位にして実行され、これによりプリンタにおいては、各ヘッドチップへの接続を簡略化して全体構成を簡略化することができる。
【００３７】
（３）実施の形態の効果
以上の構成によれば、インク流路の一端から他端に向かって、駆動素子の駆動量が周期的に変化するように設定することにより、インク流路の延長する方向の周期的な濃淡を防止することができる。
【００３８】
またこのとき、この駆動量の変化に対応するように、ノズルの直径を設定することにより、駆動量の設定によるインク液滴量の制御を確実なものとすることができる。
【００３９】
またこの駆動量の設定をヘッドチップに設けられた駆動回路によりヘッドチップを単位にして設定することにより、プリンタヘッドの構成を簡略化することができる。
【００４０】
またこのような駆動量が周期的に変化する１周期の長さの略整数倍の長さが、インク流路の長さであるように設定して、インク流路に発生する定在波による印刷結果の濃淡を有効に回避することができる。
【００４１】
（４）他の実施の形態
なお上述の実施の形態においては、各ヘッドチップに出力する制御信号Ｊ１、Ｊ２により発熱素子の駆動量を設定する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、例えばヒューズの切断等によりそれぞれ駆動量の異なるヘッドチップを作成し、このようなヘッドチップによりプリンタヘッドを作成するようにしてもよい。
【００４２】
また上述の実施の形態においては、インク流路のほぼ中央からインクを供給する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、例えばインク流路の一端からインクを供給する場合等にも広く適用することができる。
【００４３】
また上述の実施の形態においては、駆動量と共にノズル径を変化させる場合について述べたが、本発明はこれに限らず、実用上十分な場合ノズル径の変化を省略してもよい。
【００４４】
また上述の実施の形態においては、ほぼＡ４サイズの用紙の幅によりインク流路を形成する場合に適用して、駆動量の変化に係る１周期の長さに対して、２倍の長さがほぼインク流路の長さとなるように設定した場合について述べたが、本発明はこれに限らず、インク流路の長さが長くなった場合には、インク流路に発生する定在波の波数も多くなると考えられることにより、このような場合には、駆動量の変化に係る１周期の長さに対して、３倍以上の整数倍の長さがインク流路の長さであるように設定して、インク流路の延長する方向の濃淡を防止することができる。
【００４５】
また上述の実施の形態においては、駆動素子に発熱素子を適用する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、駆動素子に圧電素子を適用する場合等にも広く適用することができる。
【００４６】
また上述の実施の形態においては、本発明をプリンタヘッドに適用してインク液滴を飛び出させる場合について述べたが、本発明はこれに限らず、インク液滴に代えて各種染料の液滴、保護層形成用の液滴等を飛び出させる液体吐出ヘッド、さらには液滴が試薬等であるマイクロディスペンサー、各種測定装置、各種試験装置、液滴がエッチングより部材を保護する薬剤である各種のパターン描画装置等に広く適用することができる。
【００４７】
【発明の効果】
上述のように本発明によれば、インク流路の一端から他端に向かって、駆動素子の駆動量が周期的に変化するように設定することにより、インク流路の延長する方向の周期的な濃淡を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係るプリンタヘッドの一部駆動回路を示す接続図である。
【図２】図１のプリンタヘッドを示す平面図及び正面図である。
【図３】図２のプリンタヘッドをＡ−Ａ線により切って示す断面図である。
【図４】図１の駆動回路に係る駆動量切り換え回路を詳細に示す接続図である。
【図５】印刷結果の濃淡の説明に供する特性曲線図である。
【符号の説明】
１……プリンタヘッド、２……インク流路、５Ａ〜５Ｄ……ヘッドチップ、７……ノズル、１０……コントローラ、１１、１２……発熱素子、１４……駆動量切り換え回路
【図１】
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【図２】
2005007804.tif 000004
【図３】
2005007804.tif 000005
【図４】
2005007804.tif 000006
【図５】
2005007804.tif 000007